刀 具用 304／440／304不銹 鋼 復(fù)合 板 的熱 軋和 性 能 

對于日常生活使用的刀剪產(chǎn)品而言,人們既需要有持久的鋒利度和耐磨性,又希望刃口用鈍后便于修磨。由高碳鋼、馬氏體型不銹鋼等單-一材料制成的刀剪產(chǎn)品,很難滿足既有較高單項指標(biāo)(鋒利度.耐磨性),又有良好的綜合性能(韌性、加工性能)的要求。但由兩種或兩種以上材料組成的復(fù)合鋼板可以根據(jù)使用要求進行設(shè)計,使國產(chǎn)刀具以高檔次、優(yōu)品質(zhì)進入國際市場"。

軋制復(fù)合試驗研究

制造刀剪產(chǎn)品的復(fù)合鋼材料由基板(即基體鋼)和復(fù)板(刃口鋼)復(fù)合而成。基板要具備較好的韌性及加工性能,試驗中選用厚20 mm,寬 120 mm的熱軋304(OCr18Ni9)奧氏體不銹鋼作為基板[2.3]，其化學(xué)成分如表1所示;復(fù)板要具有較高的硬度和鋒利度以及耐磨性能(持久鋒利度) ,試驗中采用了厚3.5 mm,寬120 mm 的冷軋440(7Cr17)不銹鋼板作為復(fù)合板的復(fù)板材料+,其化學(xué)成分如表1所示。

軋制復(fù)合試驗研究

組坯焊接

由于在極大的壓力下,復(fù)板,基板很容易發(fā)生錯動,從而降低復(fù)合強度,同時為了防止加熱和軋制過程中發(fā)生氧化,軋制前需將它們焊接起來,在復(fù)合板后部還要預(yù)留一個排氣孔,以便在軋制過程中排出殘留在基板和復(fù)板間的氣體(圖1)。

加熱溫度和壓下規(guī)程的確定

304不銹鋼的熱加工塑性溫度區(qū)間是 930 ~1 280 ℃ , 440不銹鋼的熱加工塑性溫度區(qū)間是1 170 ~1200 ℃ 5]。為了更好地降低變形抗力和提高塑性,有利于兩種金屬通過熱軋達到相互間的原子結(jié)合,加熱溫度應(yīng)盡量高—些,本試驗中選取的加熱溫度為1 200℃,保溫15 min。復(fù)合金屬軋制首道次變形量必須很大,以促進組元的冶金結(jié)合,提高結(jié)合強度。實踐中發(fā)現(xiàn)對于某些材料如 NI/304/Cu復(fù)合材料經(jīng)2個大壓下備道次還不能復(fù)合,只有經(jīng)過一定的變形版-少后未社良好復(fù)合6]。鑒于此,采用如下軋制規(guī)程:

(1)不銹鋼復(fù)合板初次復(fù)合。將圖1所示的焊合好的鋼板加熱至1 200℃,保溫15 min后,在軋制力為1500 t的500 mm熱軋機上講行組制禮創(chuàng)下量為31.5 mm,4道次平均分配完成.郅后公板厚度為12 mm,總壓下率為72.4%,試驗中將初次復(fù)合定義為1火軋制。

(2)不銹鋼復(fù)合板二次復(fù)合。將1火軋制的復(fù)合板再次加熱至1 200℃保溫15 min,在軋制力為150O kN的中350 mm熱軋機上進行軋制。第12.3道次壓下量分別為4.4、2 mm,最終板料斷面尺寸為204 mm x2 mm。此次復(fù)合軋制定義為2火軋制。

復(fù)合板力學(xué)性能研究

拉伸試驗

試驗采用平板式試樣，試驗結(jié)果如表2所示。

由試驗結(jié)果可得,1火軋制后試樣拉斷后的斷口成剪切狀,沒有明顯的頸縮現(xiàn)象,為脆性斷裂,同時該拉斷后試樣在基板與復(fù)板之間出現(xiàn)分層現(xiàn)象，表明界面結(jié)合是不牢固的;2火軋制后試樣沒有出現(xiàn)分層現(xiàn)象,說明軋制過程中的加熱次數(shù)及軋制總變形量對復(fù)合板的界面結(jié)合強度及材料塑性有較大的影響。

彎曲試驗

試樣的取樣方向、部位按照 GB2975-1998和GB6397執(zhí)行。試樣尺寸的測量、試驗設(shè)備和試驗條件按照GB232-1995執(zhí)行,試樣加工成長條狀,試驗結(jié)果見表2。

1火和2火軋制的試樣在彎曲后均未發(fā)生分層現(xiàn)象,但Ⅰ火軋制的試樣在彎曲處出現(xiàn)了少量細徵的裂紋,這一現(xiàn)象也說明復(fù)合板的成形性與軋制過程中的加熱次數(shù)有關(guān)。

維氏硬度

試驗中采用0.5kg的載荷,保持10s后卸載進行測量。由于2火軋制試樣為最終用于生產(chǎn)的復(fù)合板,所以只研究了其基板與復(fù)板的硬度分布,試驗過程中取點位置如圖2所示。

從表1可知,440不銹鋼具有較高的碳含量,所過程中還伴有加工硬化的作用,所以熱軋過程中的塑性變形也使硬度相應(yīng)的提高。

金相組織分析

由圖3( a)可見,復(fù)合板晶粒大小不均勻。這是復(fù)合板晶粒的大小不均。另外塑性變形不夠大,使界面間金屬沒有實現(xiàn)冶金結(jié)合,故復(fù)合界面的結(jié)合線清晰可見,1火軋制試樣拉斷后出現(xiàn)的分層現(xiàn)象的界面,兩板間的晶粒相互穿過界面實現(xiàn)了真正的冶金結(jié)合。

掃描電鏡觀察

選取兩火軋制試樣進行掃描電鏡試驗,以觀察橫截面上依次選取垂直于橫截面方向的8個點,對點進行成分分析,取點位置如圖3(c)所示。根據(jù)各點能譜數(shù)據(jù)作出了2火試樣各元素原子百分比變化趨勢圖,如圖4所示。

從試驗結(jié)果可以看出,基板和復(fù)板的鉻含量比較接近,所以鉻的擴散現(xiàn)象并不明顯(圖4a)。復(fù)合板兩側(cè)基板的鎳元素含量有一定的降低,而中間復(fù)板鎳元素的含量則有了明顯的升高(圖4c)。這是由于基板和復(fù)板中鎳元素的含量相差較大,從而使鎳元素由基板向復(fù)板擴散造成的。鎳元素可以提高不銹鋼的淬透性和可淬性,同時還可以提高馬氏體不銹鋼的回火穩(wěn)定性,所以少量的鎳可有效地降低馬氏體不銹鋼回火的軟化程度。因而,鎳元素的擴散,增加了馬氏體不銹鋼440的淬透性和可淬性,進一步提升復(fù)合板的復(fù)板硬度。

從圖4( d)可見,復(fù)板中錳元素含量有所下降，這對復(fù)合板的硬度會產(chǎn)生一定的影響。錳元素是奧氏體形成元素,錳元素的減少會使奧氏體相區(qū)減小，馬氏體轉(zhuǎn)變過程中M、點上移和殘余奧氏體量減少,M、點的上移增大了馬氏體轉(zhuǎn)變的過冷度,從而獲得更多的馬氏體組織。錳含量減少1 % , M。點會提升33 ℃,并且奧氏體量會減少20%。因而錳元素含量下降,會對兩火軋制的復(fù)合板中馬氏體含量的增加、硬度的提高起到一定的促進作用。所以盡管軋制過程中復(fù)合板的復(fù)板碳含量有一定降低,但因為上述兩個因素的作用,復(fù)合板的硬度并沒有明顯的下降。

結(jié)論

兩火軋制后304/440/304不銹鋼復(fù)合板界面實現(xiàn)了冶金結(jié)合,界面結(jié)合牢固。兩火軋制后的基、復(fù)板厚度均勻,復(fù)板硬度較高,滿足刀具使用要求。